Was ist Spinning Ball in einem Luftstrom – Bernoullis Wirkung – Definition

Bernoullis Gleichung

Die Bernoulli-Gleichung kann als Aussage über das Energieerhaltungsprinzip angesehen werden, das für strömende Flüssigkeiten geeignet ist. Es ist eine der wichtigsten / nützlichsten Gleichungen in der Strömungsmechanik . Es stellt eine Beziehung zwischen Druck und Geschwindigkeit in einem unsicheren inkompressiblen Fluss her . Die Bernoulli-Gleichung weist einige Einschränkungen in ihrer Anwendbarkeit auf, die in folgenden Punkten zusammengefasst sind:

• stetiges Strömungssystem,
• Dichte ist konstant (was auch bedeutet, dass die Flüssigkeit inkompressibel ist),
• es wird keine Arbeit an oder durch die Flüssigkeit ausgeführt,
• es wird keine Wärme auf oder von der Flüssigkeit übertragen,
• es erfolgt keine Änderung der inneren Energie,
• Die Gleichung bezieht sich auf die Zustände an zwei Punkten entlang einer einzelnen Stromlinie (nicht auf Bedingungen an zwei verschiedenen Stromlinien).

Unter diesen Bedingungen vereinfacht sich die allgemeine Energiegleichung zu:

Diese Gleichung ist die bekannteste Gleichung in der Strömungsmechanik . Die Bernoulli-Gleichung beschreibt das qualitative Verhalten fließender Flüssigkeiten, die üblicherweise mit dem Begriff Bernoulli-Wirkung bezeichnet werden . Dieser Effekt bewirkt die Absenkung des Fluiddrucks in Bereichen, in denen die Strömungsgeschwindigkeit erhöht ist. Diese Druckverringerung in einer Verengung eines Strömungswegs mag nicht intuitiv erscheinen, wenn man Druck als Energiedichte betrachtet. Im Hochgeschwindigkeitsstrom durch die Verengung muss die kinetische Energie auf Kosten der Druckenergie zunehmen. Die Dimensionen der Terme in der Gleichung sind kinetische Energie pro Volumeneinheit.

Bernoullis Effekt – Ball in einem Luftstrom drehen

Der Bernoulli-Effekt hat eine weitere interessante interessante Konsequenz. Angenommen , ein Ball ist Spinnen , wie sie durch die Luft bewegt. Während sich der Ball dreht, zieht die Oberflächenreibung des Balls mit der Umgebungsluft eine dünne Luftschicht (als Grenzschicht bezeichnet ) mit sich. Aus dem Bild ist ersichtlich, dass sich die Grenzschicht auf einer Seite in die gleiche Richtung bewegt wie der Luftstrom, der um die Kugel fließt (oberer Pfeil), und auf der anderen Seite bewegt sich die Grenzschicht in die entgegengesetzte Richtung ( der untere Pfeil). Auf der Seite der Kugel, auf der sich der Luftstrom und die Grenzschicht in die entgegengesetzte Richtung (unterer Pfeil) bewegen, reiben sich die beidenverlangsamt den Luftstrom . Auf der gegenüberliegenden Seite bewegen sich diese Schichten in die gleiche Richtung und der Strom bewegt sich schneller .

Nach dem Bernoulli-Prinzip übt sich schneller bewegende Luft weniger Druck aus, und daher muss die Luft eine Aufwärtskraft auf den Ball ausüben. In diesem Fall ist die Verwendung des Bernoulli-Prinzips möglicherweise nicht korrekt. Das Bernoulli-Prinzip geht von einer Inkompressibilität der Luft aus, aber in Wirklichkeit ist die Luft leicht komprimierbar. Es gibt jedoch weitere Einschränkungen bei Erklärungen, die auf dem Bernoulli-Prinzip beruhen.

Die Arbeit von Robert G. Watts und Ricardo Ferrer (Die Seitenkräfte auf eine sich drehende Kugel: Aerodynamik eines Curveballs) Dieser Effekt kann durch ein anderes Modell erklärt werden, das der sich drehenden Grenzschicht der Luft um den Ball wichtige Aufmerksamkeit widmet. Auf der Seite der Kugel, auf der sich der Luftstrom und die Grenzschicht in die entgegengesetzte Richtung bewegen (unterer Pfeil), neigt die Grenzschicht dazu, sich vorzeitig zu trennen. Auf der Seite der Kugel, auf der sich der Luftstrom und die Grenzschicht in die gleiche Richtung bewegen, trägt die Grenzschicht die Kugel weiter, bevor sie sich in eine turbulente Strömung trennt. Dies ergibt eine Strömungsumlenkungdes Luftstroms in eine Richtung hinter dem Ball. Die rotierende Kugel erzeugt Auftrieb, indem sie beim Vorbeiströmen eine nach unten gerichtete Kraft auf die Luft ausübt. Nach dem dritten Newtonschen Gesetz muss die Luft eine Aufwärtskraft auf den Ball ausüben.